المبدأ الهولوغرافي

تعتبر الثقوب السوداء أحد اكثر الظواهر التي أثارت تساؤلات الفيزيائيين وفضولهم، لا بسبب جاذبيتها الهائلة فقط بل أيضا بسبب الأسئلة التي طرحتها حول مصير المعلومات في الكون.

ومن أبرز هذه الأسئلة: هل تختفي المعلومات التي تدخل إلى الثقب الأسود إلى الأبد أم أنها تبقى محفوظة بطريقة لا نستطيع ملاحظتها بسهولة ؟وكيف

أدى هذا التساؤل إلى ظهور ما يسمى بالمبدأ الهولوغرافي الذي يقدم تصورا مختلف عن كيفية تخزين المعلومات وعلاقتها بأبعاد الفضاء.

من طرح المبدأ الهولوغرافي؟

تعود جذور المبدأ الهولوغرافي إلى أبحاث الفيزيائي جاكوب بيكنشتاين، الذي توصل إلى أن إنتروبيا الثقب الأسود وهي مقياس يرتبط بعدد الحالات المجهرية الممكنة للنظام التب تتناسب مع مساحة أفق الحدث وليس مع حجمه كما قد نتوقع

كونت هذه النتيجة أساسًا مهمًا لتطوير الفكرة لأنها أشارت إلى أن مساحة الحدود قد تكون أهم من حجم المنطقة عند تحديد كمية المعلومات التي يمكن أن تحتويها .

وفي عام 1993 طرح الفيزيائي جيرارد هوفت الفكرة بصورة أساسية في بحثه المعنون( Dimensional Reduction in Quantum Gravity) محاولًا معالجة المشكلات المرتبطة بالجاذبية الكمية ومصير المعلومات في الثقوب السوداء

ثم جاء الفيزيائي الأمريكي ليونارد سسكيند في عام 1994 فطور الفكرة وشرحها بصورة أوسع في بحثه( The World as a Hologram) مما أسهم في ترسيخ المبدأ الهولوغرافي اكثر

شرح المبدأ الهولوغرافي

ينص المبدأ الهولوغرافي على أن المعلومات التي تصف منطقة معينة من الفضاء أو جسما ثلاثي الأبعاد يمكن من حيث المبدأ تمثيلها على حدود تلك المنطقة أي ضمن وصف ثنائي الأبعاد، ويمكن تقريب الفكرة بالهولوغرام، الذي يتيح تمثيل صورة مجسمة باستخدام معلومات محفوظة على سطح مع أن المبدأ الهولوغرافي في الفيزياء أعمق من مجرد هذا التشبيه لكنه للسهولة

وتكمن أهمية هذه الفكرة في أنها تختلف عن التصور المعتاد الذي يفترض أن كمية المعلومات ترتبط بحجم الجسم أو المنطقة. فالمبدأ يشير إلى أن المساحة المحددة قد تكون هي العامل الأساسي الذي يحدد أقصى كمية من المعلومات التي يمكن تخزينها .

لفهم السبب لاا بد من التوقف عند مفهوم الإنتروبيا "عندما تزداد الحالات المجهرية الممكنة لمكونات النظام تزداد إنتروبيته" .

وجد بيكنشتاين في الثقوب السوداء شيئًا مختلفًا عن التوقعات إذ ترتبط إنتروبيا الثقب الأسود بمساحة أفق الحدث.

و ساعدت هذه النتيجة على ظهور تصور يقول إن المعلومات المتعلقة بمنطقة فضائية يمكن وصفها من خلال حدودها بدلًا من الاعتماد على حجمها وحده.

وتظهر أهمية المبدأ بصورة أوضح عند تطبيقه على مفارقة معلومات الثقوب السوداء. فقد توصل ستيفن هوكينغ إلى أن الثقوب السوداء تبعث إشعاعًا حراريًا يُعرف بإشعاع هوكينغ. ويؤدي هذا الإشعاع إلى فقدان الثقب الأسود جزءًا من كتلته تدريجيًا، إلى أن يتبخر في النهاية

وكانت المشكلة أن الإشعاع بدا عشوائيًا، ولا يحمل، وفق الحسابات الأولية، معلومات واضحة عن الجسم الذي سقط داخل الثقب الأسود.

وفق هذا التصور، إذا تبخر الثقب واختفت المعلومات معه، فسيصبح من المستحيل معرفه الحالة الأصلية للنظام من حالته النهائية

أما المبدأ الهولوغرافي فيقدم تصورا اخر إذ تُشفر المعلومات المرتبطة بالثقب الأسود على أفق الحدث في وصف ثنائي الأبعاد وعند تبخر الثقب يمكن أن تبقى هذه المعلومات مشفّرة في إشعاع هوكينغ الصادر عنه بدلًا من أن تضيع نهائيا.

ثالثًا: كيف تتعارض مفارقة المعلومات مع الفيزياء الحديثة؟

تتمثل المشكلة الأساسية في تعارض الاستنتاج الأولي لهوكينغ مع مبدأ مهم في ميكانيكا الكم، وهو مبدأ الوحدوية. وينص هذا المبدأ على أن الحالة الكمية لنظام معزول تتطور بطريقة تحافظ على المعلومات المتعلقة بحالته الكاملة فقد تتغير المعلومات أو يصير الوصول إليها صعبًا، لكن هذا لا يعني أنها اختفت نهائيًا

يمكن تقريب الفكرة بمثال احتراق كتاب فعندما يحترق كتاب يتحول إلى رماد ودخان وينتج عن احتراقه اشعاع حراري

وقد لا نستطيع استعادة الكلمات والصور التي كانت فيه لكن عدم قدرتنا على استرجاع تلك المعلومات لا يثبت بالضرورة أنها اختفت من الوصف الفيزيائي الكامل؛ فقد أصبحت موزعة في نواتج الاحتراق المختلفة وأصبح تتبعها امر بالغ الصعوبة.

أما في التصور الأولي لهوكينغ فالمشكلة أعمق من مجرد صعوبة استعادة المعلومات إذ إن تبخر الثقب الأسود بالكامل يعني اختفاء المعلومات بصورة نهائية وهذا ما يثير التعارض مع مبدأ الوحدوية في ميكانيكا الكم الذي يقتضي بقاء المعلومات ضمن التطور الكمي للنظام.

هنا تظهر أهمية المبدأ الهولوغرافي، إذ يحاول تقديم تفسير يحافظ على المعلومات من خلال ارتباطها بأفق الحدث، ثم بترميزها في إشعاع هوكينغ عند تبخر الثقب الأسود. وقد أعلن هوكينغ لاحقًا تراجعه عن موقفه السابق بشأن الفقدان النهائي للمعلومات، وأصبحت مسألة حفظ المعلومات محورًا أساسيًا في أبحاث الثقوب السوداء والجاذبية الكمية

ختامًا و على حسب ما ذكر فإن المبدأ الهولوغرافي لا يُطرح باعتباره رفضًا لكل ما توصلت إليه الفيزياء الحديثة، بل بوصفه محاولة للتوفيق بين فهم الثقوب السوداء ومبادئ ميكانيكا الكم. فهو يتحدى التصور التقليدي لكمية المعلومات التي يمكن أن يحتويها الفضاء، ويقدم طريقة مختلفة لفهم العلاقة بين المعلومات والحدود والأبعاد.

المصادر:

https://share.google/wFy9snTFG3vl6ifdh

https://www.arxiv.org/pdf/gr-qc/9610029

https://mopop.emuseum.com/objects/144545/fundamental-breakdown-of-physics-in-gravitational-collapse

https://onlineonly.christies.com.cn/s/shoulders-giants-newton-darwin-einstein-hawking/fundamental-breakdown-physics-gravitational-collapse-38/62345

https://www.quantamagazine.org/hologram-within-a-hologram-hints-at-solution-to-black-hole-information-paradox-20191119/

https://arxiv.org/abs/hep-th/0404098

https://arxiv.org/pdf/2309.01548

Physics world/ information ‘not lost’ in black holes

Link: https://physicsworld.com/a/information-not-lost-in-black-holes/

https://inspirehep.net/literature/36137

https://ar5iv.labs.arxiv.org/html/gr-qc/9310026